JPWO2003009386A1 - 貼り合わせウエーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、少なくとも、ガスイオンの注入により形成された微小気泡層を有するボンドウエーハと支持基板となるベースウエーハとを接合する工程と、前記微小気泡層を境界としてボンドウエーハを剥離してベースウエーハ上に薄膜を形成する工程とを有するイオン注入剥離法によって貼り合わせウエーハを製造する方法において、前記ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハに、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下で熱処理を施し、その後、該貼り合わせウエーハに熱酸化を行って前記薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去することにより前記薄膜の厚さを減ずる貼り合わせウエーハの製造方法である。これにより、イオン注入剥離法により製造された貼り合わせウエーハの薄膜の膜厚均一性を維持しつつ表面のダメージや欠陥を確実に除去することができ、しかも、量産技術として十分に適用可能な貼り合わせウエーハの製造方法が提供される。
Description
技術分野
本発明は、イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウエーハの製造方法に関し、特には、水素イオン等を注入したシリコンウエーハを支持基板となる他のウエーハと接合した後に剥離してＳＯＩウエーハを製造する方法に関する。
背景技術
最近、ＳＯＩウエーハの製造方法として、イオン注入したウエーハを接合後に剥離してＳＯＩウエーハを製造する方法（イオン注入剥離法：スマートカット法（登録商標）とも呼ばれる技術）が新たに注目され始めている。このイオン注入剥離法は、二枚のシリコンウエーハの内、少なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、一方のシリコンウエーハ（ボンドウエーハ）の上面から水素イオンまたは希ガスイオン等のガスイオンを注入し、該ウエーハ内部に微小気泡層（封入層）を形成させた後、該イオンを注入した方の面を酸化膜を介して他方のシリコンウエーハ（ベースウエーハ）と密着させ、その後熱処理（剥離熱処理）を加えて微小気泡層を劈開面として一方のウエーハ（ボンドウエーハ）を薄膜状に剥離し、さらに熱処理（結合熱処理）を加えて強固に結合してＳＯＩウエーハとする技術（特開平５−２１１１２８号参照）である。この方法では、劈開面（剥離面）は良好な鏡面であり、ＳＯＩ層の膜厚の均一性も高いＳＯＩウエーハが比較的容易に得られている。
しかし、イオン注入剥離法によりＳＯＩウエーハを作製する場合においては、剥離後のＳＯＩウエーハ表面にイオン注入によるダメージ層が存在し、また表面粗さが通常の製品レベルのシリコンウエーハの鏡面に比べて大きなものとなる。したがって、イオン注入剥離法では、このようなダメージ層、表面粗さを除去することが必要になる。従来、このダメージ層等を除去するために、結合熱処理後の最終工程において、タッチポリッシュと呼ばれる研磨しろの極めて少ない鏡面研磨（取りしろ：１００ｎｍ程度）が行われていた。
ところが、ＳＯＩ層に機械加工的要素を含む研磨をしてしまうと、研磨の取りしろが均一でないために、水素イオンなどの注入、剥離によって達成されたＳＯＩ層の膜厚均一性が悪化してしまうという問題が生じる。
そこで、特開平１０−２４２１５４号公報では、イオン注入剥離法で得られたＳＯＩウエーハの表面を研磨することなく活性雰囲気（水素雰囲気）で熱処理することにより、面粗さを改善する方法が提案された。この方法であれば、ＳＯＩ層の膜厚均一性を維持したままＳＯＩ層表面の面粗さを改善することができることが記載されている。
しかし、イオン注入剥離法で得られたＳＯＩウエーハにはイオン注入に起因したダメージが存在し、このＳＯＩ層中のダメージは、表面側が大きく、内部になるにしたがい小さくなる。従って、上記のような活性雰囲気の熱処理を加えると、ダメージの回復はＳＯＩ層の内部から表面側に進行することになるが、表面側のダメージが大きい場合には、高温、長時間の熱処理が必要とされる上に、高温、長時間の熱処理を行っても、場合によっては完全に回復できないこともあった。
ダメージの大きさや深さは、水素イオンなどのガスイオンの注入エネルギーの大きさやドーズ量に影響されるものであるので、例えば、厚いＳＯＩ層や厚い埋め込み酸化膜を有するＳＯＩウエーハを製造する場合のように注入エネルギーを大きくする必要がある場合や、剥離熱処理を低温で行う目的によりドーズ量を大きくする必要があるような場合には、上記の問題は顕著になる。
さらに、水素ガスを含有する還元性雰囲気下で高温、長時間の熱処理を行うと、ＳＯＩ層表面のシリコンがエッチングされて膜厚均一性が劣化すると共に、埋め込み酸化膜にエッチピットが生じることがあった。これは、ＳＯＩ層にＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）のような欠陥があり、それが下地の酸化膜までつながっていると、ＣＯＰは消滅せずにそのまま残るか、あるいは拡大することもあるため、この欠陥を通して侵入した水素等によって埋め込み酸化膜までもがエッチングされてしまい、ここにピットが形成されることが原因である。このエッチピットは、その近傍のＳＯＩ層にも影響を与えるため問題であった。
以上のように、イオン注入剥離法によって得られるＳＯＩウエーハのダメージ層や表面粗さをＳＯＩ層の膜厚均一性を維持しつつ除去するために、種々の方法が提案されたが、いまだに満足できるものはなく、適切な解決方法が望まれていた。
そこで本出願人らは特開２０００−１２４０９２号公報のように、イオン注入剥離法において、剥離後のＳＯＩ層表面に残留するダメージ層、表面粗さを、ＳＯＩ層の膜厚均一性を維持しつつ除去することにより高品質のＳＯＩウエーハを製造する方法として、剥離後のＳＯＩ表面に対し、酸化性雰囲気下の熱処理により酸化膜を形成した後に該酸化膜を除去し、次に還元性雰囲気下の熱処理を加える方法を提案した。
このように、酸化性雰囲気下の熱処理によりＳＯＩ層に酸化膜を形成してから酸化膜を除去するいわゆる犠牲酸化を行うことにより、酸化膜中にＳＯＩ層表面のダメージ層の一部または全部を取り込むことができるので、これを除去すればダメージ層を効率良く除去することができる。そして、次に還元性雰囲気下の熱処理を加えることにより、ＳＯＩ層に残留するダメージ層を回復させるとともに、表面粗さを改善することができ、すでにＳＯＩ層表面のダメージ層の一部または全部を犠牲酸化により除去しているので還元性雰囲気下の熱処理の熱処理時間も短時間とすることができる。さらに、この方法では、機械加工的要素を含む研磨等を行う必要がないため、ＳＯＩ層の膜厚均一性が劣化することもなく、イオン注入剥離法により極めて高品質のＳＯＩウエーハを、より高生産性で製造することができるとされた。
上記したように、特開２０００−１２４０９２号公報に記載された技術は、イオン注入剥離法において、剥離後にＳＯＩ層表面に残留するダメージ層、表面粗さを、ＳＯＩ層の膜厚均一性を維持しつつ除去することができるという利点を有するものであったが、この技術に関し本発明者らがさらに追試を行ったところ、次のような欠点があることが判明し、このままでは量産技術としては不十分であることが明らかとなった。
１） 上記技術における犠牲酸化はイオン注入による剥離面を直接酸化しているため、酸化により酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ：Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）が発生する場合があり、このＯＳＦは、その後の還元性雰囲気の熱処理のみでは除去しきれない場合がある。
２） 還元性雰囲気の熱処理で十分に除去される表面粗さは主に短周期成分（例えば、周期１μｍ以下）のみであり、表面粗さの長周期成分（例えば、周期１〜１０μｍ程度）の除去が不十分となる場合がある。
３） 還元性雰囲気として、水素ガスを多量に含有した雰囲気で高温熱処理を行なうと、水素ガスが貼り合わせ界面へ作用し、界面の侵食が大きくなる場合があり、デバイスプロセスにおける発塵の原因となる。
発明の開示
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、イオン注入剥離法により製造された貼り合わせウエーハの薄膜の膜厚均一性を維持しつつ表面のダメージや欠陥を確実に除去し、表面粗さを十分平坦なものとすることができ、しかも、量産技術として十分に適用可能な貼り合わせウエーハの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の貼り合わせウエーハの製造方法は、少なくとも、ガスイオンの注入により形成された微小気泡層を有するボンドウエーハと支持基板となるベースウエーハとを接合する工程と、前記微小気泡層を境界としてボンドウエーハを剥離してベースウエーハ上に薄膜を形成する工程とを有するイオン注入剥離法によって貼り合わせウエーハを製造する方法において、前記ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハに、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下で熱処理を施し、その後、該貼り合わせウエーハに熱酸化を行って前記薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去することにより前記薄膜の厚さを減ずることを特徴とする。
このように、剥離工程後の薄膜の剥離面に対し、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下で熱処理を行なって表面の平坦化処理とダメージ除去を行なった後に、酸化および酸化膜除去を行なうようにすれば、膜厚均一性を維持できるとともに、酸化によるＯＳＦの発生を確実に回避することができる。
この場合、前記不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での熱処理の後、前記薄膜の表面を７０ｎｍ以下の取りしろで研磨し、その後前記熱酸化を行なうようにすることができる。
このように、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での熱処理の後、表面をわずかに研磨する（取りしろ７０ｎｍ以下、特には５０ｎｍ以下）ことによって、表面粗さの長周期成分の改善をすることができる。
すなわち、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での熱処理によって、表面粗さの短周期成分は十分に除去されるが、長周期成分が残存する場合があるので、これを研磨により除去するものである。このように、一旦熱処理が行なわれれば、表面粗さおよび表面のダメージが改善されているので、研磨しろを従来に比べて少なくすることができ、特には半分以下にすることも可能であり、薄膜の膜厚均一性に及ぼす影響を最小限に留めて、表面粗さの長周期成分の除去を確実に行なうことができる。
また、前記不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での熱処理を、アルゴン１００％雰囲気または爆発限界以下の水素を含むアルゴン雰囲気で行なうことをが好ましい。
このような雰囲気であれば、貼り合わせ界面の侵食を抑制しつつ、表面粗さおよび表面のダメージを改善することができる。
さらに、本発明においては、ボンドウエーハとして、シリコン単結晶ウエーハを用いるのが好ましい。
このように、高品質で大口径のウエーハが作製できるシリコン単結晶ウエーハをボンドウエーハとして用い、これにガスイオンを注入して剥離することによって、高品質のシリコン単結晶薄膜を有する大口径の貼り合わせウエーハを低コストで製造することができる。
そして、本発明方法によって製造される貼り合わせウエーハは、膜厚均一性が高いとともに、表面粗さおよび表面ダメージのない薄膜を有する高品質の貼り合わせウエーハとなる。
例えば、２枚のシリコンウエーハを酸化膜を介して貼り合わせて製造されたＳＯＩウエーハであって、ＳＯＩ層表面を１μｍ角および１０μｍ角で測定した表面粗さ（ＲＭＳ）がいずれも０．１５ｎｍ以下であり、ＳＯＩ層の膜厚のσが１．５ｎｍ以下である貼り合わせＳＯＩウエーハを提供することができる。
以上説明したように、本発明によれば、イオン注入剥離法において、剥離した薄膜の表面に残留するダメージ層、表面粗さを、薄膜の膜厚均一性を維持しつつ、確実に除去することができる。したがって、きわめて高品質の貼り合わせウエーハを、高生産性で製造することができ、量産技術としてきわめて適した貼り合わせウエーハの製造方法である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、図１は本発明のイオン注入剥離法でＳＯＩウエーハを製造する方法の製造工程の一例を示すフロー図である。
以下、本発明を２枚のシリコンウエーハを貼り合わせる場合を例にして説明する。
まず、図１のイオン注入剥離法において、工程（ａ）では、２枚のシリコン鏡面ウエーハを準備するものであり、デバイスの仕様に合った支持基板となるベースウエーハ１とＳＯＩ層となるボンドウエーハ２を準備する。
次に工程（ｂ）では、そのうちの少なくとも一方のウエーハ、ここではボンドウエーハ２を熱酸化し、その表面に約０．１〜２．０μｍ厚の酸化膜３を形成する。
工程（ｃ）では、表面に酸化膜を形成したボンドウエーハ２の片面に対して水素イオンまたは希ガスイオン等のガスイオン、ここでは水素イオンを注入し、イオンの平均進入深さにおいて表面に平行な微小気泡層（封入層）４を形成させる。
工程（ｄ）は、水素イオンを注入したボンドウエーハ２の水素イオン注入面に、ベースウエーハ１を酸化膜を介して重ね合せて密着させる工程であり、通常は、常温の清浄な雰囲気下で２枚のウエーハの表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウエーハ同士が接着する。
次に、工程（ｅ）は、封入層４を境界としてボンドウエーハを剥離することによって、剥離ウエーハ５とＳＯＩウエーハ６（ＳＯＩ層７＋埋め込み酸化膜３＋ベースウエーハ１）に分離する剥離熱処理工程であり、例えば不活性ガス雰囲気下約４００℃〜６００℃の温度で熱処理を加えれば、封入層における結晶の再配列と気泡の凝集とによって剥離ウエーハ５とＳＯＩウエーハ６に分離される。そして、この剥離したままのＳＯＩウエーハ表面のＳＯＩ層７には、ダメージ層８が残留する。
また、注入する水素等のイオンを励起してプラズマ状態で注入したり、貼り合わせ面に対して予め窒素、酸素、水素等のプラズマ処理を行ったりして、貼り合わせ表面を活性化して密着することにより、剥離熱処理を省略することもできる。
この剥離工程後、工程（ｆ）で結合熱処理工程を行う。この工程は、前記工程（ｄ）（ｅ）の密着工程および剥離熱処理工程で接合させたウエーハ同士の結合力では、そのままデバイス工程で使用するには弱いので、結合熱処理としてＳＯＩウエーハ６に高温の熱処理を施し結合強度を十分なものとする。この熱処理は例えば不活性ガス雰囲気下、１０００〜１３００℃で３０分から２時間の範囲で行うことが好ましい。ここまでの工程は、本発明の方法も、従来のイオン注入剥離法と同じである。
ただし、本発明においては、この結合熱処理を省略し、次工程の不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下の熱処理を、結合熱処理を兼ねるものとすることもできる（図１のｆ’参照）。これにより、従来の表面粗さあるいは表面のダメージを除去する方法に比べ工程の簡略化をすることができる。
次に、工程（ｇ）で、結合熱処理工程（ｆ）の後（または、結合熱処理を省略する場合は剥離工程（ｅ）の後）のＳＯＩウェーハに不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下、通常のヒータ加熱式の熱処理炉（バッチ炉）を使用して熱処理を行い、ＳＯＩ表面の表面粗さの改善とダメージを除去する。熱処理温度は１１００℃〜１３５０℃が適切である。１１００℃未満であると、表面粗さの改善をするのに、長時間が必要となる。また、１３５０℃を超える温度では重金属不純物による汚染や熱処理炉の耐久性に問題が発生する場合がある。また、熱処理時間は熱処理温度にも依存するが１０分〜８時間の範囲が適切である。これより短時間では表面粗さの改善が不十分になることがあり、これより長時間では生産性が低下してしまう。一方、上記熱処理をＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いて行う場合には、熱処理温度は１２００℃以上とし、熱処理時間は１〜１２０秒とすることが好適である。また、これらのバッチ炉による熱処理とＲＴＡ装置による熱処理を組み合わせて行うこともできる。
熱処理雰囲気としては、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気であればよいが、水素ガスの割合が多いと前述のような貼り合わせ界面への侵食が発生しやすくなること、および熱処理によるスリップ転位が発生しやすくなることから、水素ガスの含有量は２５％以下とすることが好ましい。さらに、安全上の観点から、水素ガスは爆発限界（４％）以下の含有量とすることがより好ましい。不活性ガスとしては、最も安価で汎用性が高いアルゴンガスが好適であるが、ヘリウム等を用いてもよい。
このように、本発明では、剥離面に直接犠牲酸化膜を形成するのではなく、まず工程（ｇ）の熱処理を施すことによって、薄膜にＯＳＦを発生させることなく、かつ膜厚均一性を悪化させることなく、表面粗さと表面のダメージを改善するようにする。
次に、工程（ｇ）の熱処理のみではＳＯＩ表面のダメージが除去しきれない場合が多いので、工程（ｈ）の熱酸化工程により、ＳＯＩ表面のダメージを酸化膜に取り込むと同時に、得られるＳＯＩ層の厚さが所望の厚さになるように形成する熱酸化膜の厚さを調整する。このようにＳＯＩ層の減厚を熱酸化で行なえば、膜厚均一性をほとんど悪化させることなく薄膜化が可能である。
そして、工程（ｉ）において、例えばＨＦを含有する水溶液を用いて熱酸化膜の除去を行えば、所望の膜厚のＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハが形成される。
こうして、膜厚均一性を維持しつつ、確実に表面粗さおよび表面のダメージを除去した所望厚さのＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハを得ることができる。
なお、工程（ｇ）の熱処理後、熱酸化工程（ｈ）の前に、必要に応じて、取りしろ７０ｎｍ以下、特には５０ｎｍ以下の研磨工程を付加することもできる（図１のｇ’参照）。この研磨工程を加えることにより、工程（ｇ）の熱処理で除去しきれなかった表面粗さの長周期成分を確実に除去することができる。また、研磨しろを７０ｎｍ以下、特には５０ｎｍ以下に限定しているため、従来の研磨しろ（１００ｎｍ程度、あるいはそれ以上）に比べれば少なく、例えば半分以下とすることもでき、ＳＯＩ層の膜厚均一性の低下を格段に抑制することができる。
以下、本発明の実施例および比較例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１〜４および比較例１〜３）
チョクラルスキー法により作製された結晶方位〈１００〉で、導電型がｐ型で、抵抗率が２０Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットをスライスして、これを加工することによって直径２００ｍｍのシリコン鏡面ウエーハを作製した。これらをボンドウエーハとベースウエーハに分け、図１（ａ）〜（ｉ）に示す工程に従った本発明のイオン注入剥離法によりＳＯＩウエーハを製造することにした。
まず、図１の（ａ）〜（ｅ）にしたがい、ボンドウエーハ２を剥離して、ＳＯＩウエーハ６を得た。この時、埋め込み酸化膜３の厚さは４００ｎｍとし、その他イオンの注入等の主な条件は次の通りとした。
１）イオン注入条件：Ｈ＋イオン、注入エネルギー ９０ｋｅＶ、
注入線量 ６．５×１０１６／ｃｍ２
２）剥離熱処理条件：Ｎ２ガス雰囲気下、５００℃、３０分
こうして厚さ４３７ｎｍのＳＯＩ層７を有するＳＯＩウエーハ６を得ることができたが、図１（ｅ）の剥離したままのＳＯＩウエーハ６の表面（剥離面）の表面粗さを、原子間力顕微鏡法により１μｍ角で測定したところ、ＲＭＳ値（二乗平均平方根粗さ）で平均６．７ｎｍであった。この値は、通常の鏡面研磨されたシリコン単結晶ウエーハの表面粗さの１０倍以上の値で、剥離したままのＳＯＩ層の表面は局部的な面粗れ（短周期成分）が大きいことがわかる。また、長周期成分の目安となる１０μｍ角のＲＭＳ値も平均５．５ｎｍと大きかった。
これらの剥離工程（ｅ）直後のＳＯＩウェーハを用いて、その後の工程を表１および表２に示したそれぞれの処理フローでＳＯＩウェーハを加工した。こうして得られたそれぞれの貼り合わせウエーハのＳＯＩ層の表面粗さ（ＲＭＳ）、膜厚均一性（平均値ｔ、標準偏差σ）、欠陥密度を測定した。各処理条件および測定条件は表３に示した。
ここで、ＳＯＩ層の欠陥測定方法について簡単に説明する。
本発明のような薄膜ＳＯＩの場合、通常のシリコンウエーハの選択エッチングに用いられるセコエッチング液（重クロム酸とフッ酸と水の混合液）ではエッチングレートが速すぎ、短時間でＳＯＩ層がエッチング除去されてしまうため、欠陥の評価に適さない。
そこで、セコエッチング液を純水で希釈してエッチングレートを低下させた希釈セコエッチングを用いてＳＯＩ層が所定の厚さになるまでエッチングを行なう。これにより、ＳＯＩ層中の欠陥部分はＳＯＩ層を貫通する微小ピットとなる。この微小ピットのままでは観察が困難であるので、フッ酸に浸漬することにより微小ピットを通じて埋め込み酸化膜をエッチングして欠陥部分を顕在化させれば、薄膜ＳＯＩ層の表面から光学顕微鏡により容易に観察することができる。
本実施例および比較例においては、市販されている通常のセコエッチング液を２倍に希釈して用い、ＳＯＩ層の残し厚が約３０ｎｍになった所で希釈セコエッチングを終了させた。その後、２５重量％のフッ酸に９０秒間浸漬させ、埋め込み酸化膜に形成されたピットを倍率１００倍の光学顕微鏡により観察することにより、欠陥密度を測定した。
測定結果を表４、表５に記載した。
表４および表５の結果より、イオン注入による表面粗さおよび表面のダメージを十分に除去し、欠陥の少ないＳＯＩ層を形成するためには、実施例１ないし実施例４に示した本発明の製造方法が好適であることがわかる。また、実施例１は、剥離面の研磨除去を全く行なっていないため膜厚均一性も極めて優れている。表面粗さの長周期成分に関しては、７０ｎｍ以下の研磨を行なった実施例２〜４と比較するとわずかに低いものの、剥離直後に比べて１桁以上の改善が得られている。また、実施例２〜４については、研磨による影響のため膜厚均一性に若干の低下がみられるが、依然としてσが１．０〜１．５ｎｍという高水準を維持している。また、表面粗さに関しては、短周期成分、長周期成分ともに極めて高品質なものが得られている。
一方、比較例１のように、Ａｒアニールのみでは欠陥密度が著しく高く、表面のダメージが完全には除去できていないことがわかる。また、比較例２のように、Ａｒアニール前に犠牲酸化を行なうことによって欠陥の低減効果は得られているが、酸化工程でのＯＳＦの発生により、実施例１〜４に比べれば欠陥密度が高いことがわかる。また、比較例３のように、研磨のみでは欠陥密度が著しく高い上に、１００ｎｍも研磨していることから膜厚均一性が悪い。
したがって、本発明によれば、例えば、ＳＯＩ層表面を１μｍ角および１０μｍ角で測定した表面粗さ（ＲＭＳ）がいずれも０．１５ｎｍ以下であり、ＳＯＩ層の膜厚のσが１．５ｎｍ以下であり、しかも欠陥密度が１０３個／ｃｍ２未満である貼り合わせＳＯＩウエーハを作製できることがわかる。
さらに、上記実施例では表面粗さを改善する熱処理の雰囲気としてＡｒ１００％雰囲気を用いているが、これに代えて水素ガス３％を含むアルゴン雰囲気で実施したところ、上記とほぼ同様の結果が得られた。そして、上記実施例１〜４におけるＡｒ１００％雰囲気、およびこれに代えた水素ガス３％を含むアルゴン雰囲気での熱処理では、水素１００％雰囲気の熱処理のように水素を多量に含有する雰囲気を用いた熱処理で見られるような貼り合わせ界面の侵食は観察されなかった。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば、上記では２枚のシリコンウエーハを貼り合わせてＳＯＩウエーハを製造する場合を中心に説明したが、本発明は、この場合に限定されるものではなく、シリコンウエーハにイオン注入後に絶縁性ウエーハと結合し、シリコンウエーハを剥離してＳＯＩウエーハを製造する場合や、イオン注入するウエーハとしてＧａＡｓ等の化合物半導体ウエーハを用いる場合にも当然に適用可能である。
また、本発明の貼り合わせウエーハの製造工程も、図１に示したものに限定されるものではなく、この工程には、洗浄、熱処理等の他の工程が付加されることもあるし、あるいは一部工程順の入れ替え、省略等を目的に応じて適宜行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
図１（ａ）〜（ｉ）は、本発明のイオン注入剥離法によるＳＯＩウエーハの製造工程の一例を示すフロー図である。
本発明は、イオン注入剥離法を用いた貼り合わせウエーハの製造方法に関し、特には、水素イオン等を注入したシリコンウエーハを支持基板となる他のウエーハと接合した後に剥離してＳＯＩウエーハを製造する方法に関する。
背景技術
最近、ＳＯＩウエーハの製造方法として、イオン注入したウエーハを接合後に剥離してＳＯＩウエーハを製造する方法（イオン注入剥離法：スマートカット法（登録商標）とも呼ばれる技術）が新たに注目され始めている。このイオン注入剥離法は、二枚のシリコンウエーハの内、少なくとも一方に酸化膜を形成すると共に、一方のシリコンウエーハ（ボンドウエーハ）の上面から水素イオンまたは希ガスイオン等のガスイオンを注入し、該ウエーハ内部に微小気泡層（封入層）を形成させた後、該イオンを注入した方の面を酸化膜を介して他方のシリコンウエーハ（ベースウエーハ）と密着させ、その後熱処理（剥離熱処理）を加えて微小気泡層を劈開面として一方のウエーハ（ボンドウエーハ）を薄膜状に剥離し、さらに熱処理（結合熱処理）を加えて強固に結合してＳＯＩウエーハとする技術（特開平５−２１１１２８号参照）である。この方法では、劈開面（剥離面）は良好な鏡面であり、ＳＯＩ層の膜厚の均一性も高いＳＯＩウエーハが比較的容易に得られている。
しかし、イオン注入剥離法によりＳＯＩウエーハを作製する場合においては、剥離後のＳＯＩウエーハ表面にイオン注入によるダメージ層が存在し、また表面粗さが通常の製品レベルのシリコンウエーハの鏡面に比べて大きなものとなる。したがって、イオン注入剥離法では、このようなダメージ層、表面粗さを除去することが必要になる。従来、このダメージ層等を除去するために、結合熱処理後の最終工程において、タッチポリッシュと呼ばれる研磨しろの極めて少ない鏡面研磨（取りしろ：１００ｎｍ程度）が行われていた。
ところが、ＳＯＩ層に機械加工的要素を含む研磨をしてしまうと、研磨の取りしろが均一でないために、水素イオンなどの注入、剥離によって達成されたＳＯＩ層の膜厚均一性が悪化してしまうという問題が生じる。
そこで、特開平１０−２４２１５４号公報では、イオン注入剥離法で得られたＳＯＩウエーハの表面を研磨することなく活性雰囲気（水素雰囲気）で熱処理することにより、面粗さを改善する方法が提案された。この方法であれば、ＳＯＩ層の膜厚均一性を維持したままＳＯＩ層表面の面粗さを改善することができることが記載されている。
しかし、イオン注入剥離法で得られたＳＯＩウエーハにはイオン注入に起因したダメージが存在し、このＳＯＩ層中のダメージは、表面側が大きく、内部になるにしたがい小さくなる。従って、上記のような活性雰囲気の熱処理を加えると、ダメージの回復はＳＯＩ層の内部から表面側に進行することになるが、表面側のダメージが大きい場合には、高温、長時間の熱処理が必要とされる上に、高温、長時間の熱処理を行っても、場合によっては完全に回復できないこともあった。
ダメージの大きさや深さは、水素イオンなどのガスイオンの注入エネルギーの大きさやドーズ量に影響されるものであるので、例えば、厚いＳＯＩ層や厚い埋め込み酸化膜を有するＳＯＩウエーハを製造する場合のように注入エネルギーを大きくする必要がある場合や、剥離熱処理を低温で行う目的によりドーズ量を大きくする必要があるような場合には、上記の問題は顕著になる。
さらに、水素ガスを含有する還元性雰囲気下で高温、長時間の熱処理を行うと、ＳＯＩ層表面のシリコンがエッチングされて膜厚均一性が劣化すると共に、埋め込み酸化膜にエッチピットが生じることがあった。これは、ＳＯＩ層にＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅ）のような欠陥があり、それが下地の酸化膜までつながっていると、ＣＯＰは消滅せずにそのまま残るか、あるいは拡大することもあるため、この欠陥を通して侵入した水素等によって埋め込み酸化膜までもがエッチングされてしまい、ここにピットが形成されることが原因である。このエッチピットは、その近傍のＳＯＩ層にも影響を与えるため問題であった。
以上のように、イオン注入剥離法によって得られるＳＯＩウエーハのダメージ層や表面粗さをＳＯＩ層の膜厚均一性を維持しつつ除去するために、種々の方法が提案されたが、いまだに満足できるものはなく、適切な解決方法が望まれていた。
そこで本出願人らは特開２０００−１２４０９２号公報のように、イオン注入剥離法において、剥離後のＳＯＩ層表面に残留するダメージ層、表面粗さを、ＳＯＩ層の膜厚均一性を維持しつつ除去することにより高品質のＳＯＩウエーハを製造する方法として、剥離後のＳＯＩ表面に対し、酸化性雰囲気下の熱処理により酸化膜を形成した後に該酸化膜を除去し、次に還元性雰囲気下の熱処理を加える方法を提案した。
このように、酸化性雰囲気下の熱処理によりＳＯＩ層に酸化膜を形成してから酸化膜を除去するいわゆる犠牲酸化を行うことにより、酸化膜中にＳＯＩ層表面のダメージ層の一部または全部を取り込むことができるので、これを除去すればダメージ層を効率良く除去することができる。そして、次に還元性雰囲気下の熱処理を加えることにより、ＳＯＩ層に残留するダメージ層を回復させるとともに、表面粗さを改善することができ、すでにＳＯＩ層表面のダメージ層の一部または全部を犠牲酸化により除去しているので還元性雰囲気下の熱処理の熱処理時間も短時間とすることができる。さらに、この方法では、機械加工的要素を含む研磨等を行う必要がないため、ＳＯＩ層の膜厚均一性が劣化することもなく、イオン注入剥離法により極めて高品質のＳＯＩウエーハを、より高生産性で製造することができるとされた。
上記したように、特開２０００−１２４０９２号公報に記載された技術は、イオン注入剥離法において、剥離後にＳＯＩ層表面に残留するダメージ層、表面粗さを、ＳＯＩ層の膜厚均一性を維持しつつ除去することができるという利点を有するものであったが、この技術に関し本発明者らがさらに追試を行ったところ、次のような欠点があることが判明し、このままでは量産技術としては不十分であることが明らかとなった。
１） 上記技術における犠牲酸化はイオン注入による剥離面を直接酸化しているため、酸化により酸化誘起積層欠陥（ＯＳＦ：Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｉｎｄｕｃｅｄ Ｓｔａｃｋｉｎｇ Ｆａｕｌｔ）が発生する場合があり、このＯＳＦは、その後の還元性雰囲気の熱処理のみでは除去しきれない場合がある。
２） 還元性雰囲気の熱処理で十分に除去される表面粗さは主に短周期成分（例えば、周期１μｍ以下）のみであり、表面粗さの長周期成分（例えば、周期１〜１０μｍ程度）の除去が不十分となる場合がある。
３） 還元性雰囲気として、水素ガスを多量に含有した雰囲気で高温熱処理を行なうと、水素ガスが貼り合わせ界面へ作用し、界面の侵食が大きくなる場合があり、デバイスプロセスにおける発塵の原因となる。
発明の開示
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、イオン注入剥離法により製造された貼り合わせウエーハの薄膜の膜厚均一性を維持しつつ表面のダメージや欠陥を確実に除去し、表面粗さを十分平坦なものとすることができ、しかも、量産技術として十分に適用可能な貼り合わせウエーハの製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の貼り合わせウエーハの製造方法は、少なくとも、ガスイオンの注入により形成された微小気泡層を有するボンドウエーハと支持基板となるベースウエーハとを接合する工程と、前記微小気泡層を境界としてボンドウエーハを剥離してベースウエーハ上に薄膜を形成する工程とを有するイオン注入剥離法によって貼り合わせウエーハを製造する方法において、前記ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハに、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下で熱処理を施し、その後、該貼り合わせウエーハに熱酸化を行って前記薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去することにより前記薄膜の厚さを減ずることを特徴とする。
このように、剥離工程後の薄膜の剥離面に対し、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下で熱処理を行なって表面の平坦化処理とダメージ除去を行なった後に、酸化および酸化膜除去を行なうようにすれば、膜厚均一性を維持できるとともに、酸化によるＯＳＦの発生を確実に回避することができる。
この場合、前記不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での熱処理の後、前記薄膜の表面を７０ｎｍ以下の取りしろで研磨し、その後前記熱酸化を行なうようにすることができる。
このように、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での熱処理の後、表面をわずかに研磨する（取りしろ７０ｎｍ以下、特には５０ｎｍ以下）ことによって、表面粗さの長周期成分の改善をすることができる。
すなわち、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での熱処理によって、表面粗さの短周期成分は十分に除去されるが、長周期成分が残存する場合があるので、これを研磨により除去するものである。このように、一旦熱処理が行なわれれば、表面粗さおよび表面のダメージが改善されているので、研磨しろを従来に比べて少なくすることができ、特には半分以下にすることも可能であり、薄膜の膜厚均一性に及ぼす影響を最小限に留めて、表面粗さの長周期成分の除去を確実に行なうことができる。
また、前記不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での熱処理を、アルゴン１００％雰囲気または爆発限界以下の水素を含むアルゴン雰囲気で行なうことをが好ましい。
このような雰囲気であれば、貼り合わせ界面の侵食を抑制しつつ、表面粗さおよび表面のダメージを改善することができる。
さらに、本発明においては、ボンドウエーハとして、シリコン単結晶ウエーハを用いるのが好ましい。
このように、高品質で大口径のウエーハが作製できるシリコン単結晶ウエーハをボンドウエーハとして用い、これにガスイオンを注入して剥離することによって、高品質のシリコン単結晶薄膜を有する大口径の貼り合わせウエーハを低コストで製造することができる。
そして、本発明方法によって製造される貼り合わせウエーハは、膜厚均一性が高いとともに、表面粗さおよび表面ダメージのない薄膜を有する高品質の貼り合わせウエーハとなる。
例えば、２枚のシリコンウエーハを酸化膜を介して貼り合わせて製造されたＳＯＩウエーハであって、ＳＯＩ層表面を１μｍ角および１０μｍ角で測定した表面粗さ（ＲＭＳ）がいずれも０．１５ｎｍ以下であり、ＳＯＩ層の膜厚のσが１．５ｎｍ以下である貼り合わせＳＯＩウエーハを提供することができる。
以上説明したように、本発明によれば、イオン注入剥離法において、剥離した薄膜の表面に残留するダメージ層、表面粗さを、薄膜の膜厚均一性を維持しつつ、確実に除去することができる。したがって、きわめて高品質の貼り合わせウエーハを、高生産性で製造することができ、量産技術としてきわめて適した貼り合わせウエーハの製造方法である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
ここで、図１は本発明のイオン注入剥離法でＳＯＩウエーハを製造する方法の製造工程の一例を示すフロー図である。
以下、本発明を２枚のシリコンウエーハを貼り合わせる場合を例にして説明する。
まず、図１のイオン注入剥離法において、工程（ａ）では、２枚のシリコン鏡面ウエーハを準備するものであり、デバイスの仕様に合った支持基板となるベースウエーハ１とＳＯＩ層となるボンドウエーハ２を準備する。
次に工程（ｂ）では、そのうちの少なくとも一方のウエーハ、ここではボンドウエーハ２を熱酸化し、その表面に約０．１〜２．０μｍ厚の酸化膜３を形成する。
工程（ｃ）では、表面に酸化膜を形成したボンドウエーハ２の片面に対して水素イオンまたは希ガスイオン等のガスイオン、ここでは水素イオンを注入し、イオンの平均進入深さにおいて表面に平行な微小気泡層（封入層）４を形成させる。
工程（ｄ）は、水素イオンを注入したボンドウエーハ２の水素イオン注入面に、ベースウエーハ１を酸化膜を介して重ね合せて密着させる工程であり、通常は、常温の清浄な雰囲気下で２枚のウエーハの表面同士を接触させることにより、接着剤等を用いることなくウエーハ同士が接着する。
次に、工程（ｅ）は、封入層４を境界としてボンドウエーハを剥離することによって、剥離ウエーハ５とＳＯＩウエーハ６（ＳＯＩ層７＋埋め込み酸化膜３＋ベースウエーハ１）に分離する剥離熱処理工程であり、例えば不活性ガス雰囲気下約４００℃〜６００℃の温度で熱処理を加えれば、封入層における結晶の再配列と気泡の凝集とによって剥離ウエーハ５とＳＯＩウエーハ６に分離される。そして、この剥離したままのＳＯＩウエーハ表面のＳＯＩ層７には、ダメージ層８が残留する。
また、注入する水素等のイオンを励起してプラズマ状態で注入したり、貼り合わせ面に対して予め窒素、酸素、水素等のプラズマ処理を行ったりして、貼り合わせ表面を活性化して密着することにより、剥離熱処理を省略することもできる。
この剥離工程後、工程（ｆ）で結合熱処理工程を行う。この工程は、前記工程（ｄ）（ｅ）の密着工程および剥離熱処理工程で接合させたウエーハ同士の結合力では、そのままデバイス工程で使用するには弱いので、結合熱処理としてＳＯＩウエーハ６に高温の熱処理を施し結合強度を十分なものとする。この熱処理は例えば不活性ガス雰囲気下、１０００〜１３００℃で３０分から２時間の範囲で行うことが好ましい。ここまでの工程は、本発明の方法も、従来のイオン注入剥離法と同じである。
ただし、本発明においては、この結合熱処理を省略し、次工程の不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下の熱処理を、結合熱処理を兼ねるものとすることもできる（図１のｆ’参照）。これにより、従来の表面粗さあるいは表面のダメージを除去する方法に比べ工程の簡略化をすることができる。
次に、工程（ｇ）で、結合熱処理工程（ｆ）の後（または、結合熱処理を省略する場合は剥離工程（ｅ）の後）のＳＯＩウェーハに不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下、通常のヒータ加熱式の熱処理炉（バッチ炉）を使用して熱処理を行い、ＳＯＩ表面の表面粗さの改善とダメージを除去する。熱処理温度は１１００℃〜１３５０℃が適切である。１１００℃未満であると、表面粗さの改善をするのに、長時間が必要となる。また、１３５０℃を超える温度では重金属不純物による汚染や熱処理炉の耐久性に問題が発生する場合がある。また、熱処理時間は熱処理温度にも依存するが１０分〜８時間の範囲が適切である。これより短時間では表面粗さの改善が不十分になることがあり、これより長時間では生産性が低下してしまう。一方、上記熱処理をＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌｉｎｇ）装置を用いて行う場合には、熱処理温度は１２００℃以上とし、熱処理時間は１〜１２０秒とすることが好適である。また、これらのバッチ炉による熱処理とＲＴＡ装置による熱処理を組み合わせて行うこともできる。
熱処理雰囲気としては、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気であればよいが、水素ガスの割合が多いと前述のような貼り合わせ界面への侵食が発生しやすくなること、および熱処理によるスリップ転位が発生しやすくなることから、水素ガスの含有量は２５％以下とすることが好ましい。さらに、安全上の観点から、水素ガスは爆発限界（４％）以下の含有量とすることがより好ましい。不活性ガスとしては、最も安価で汎用性が高いアルゴンガスが好適であるが、ヘリウム等を用いてもよい。
このように、本発明では、剥離面に直接犠牲酸化膜を形成するのではなく、まず工程（ｇ）の熱処理を施すことによって、薄膜にＯＳＦを発生させることなく、かつ膜厚均一性を悪化させることなく、表面粗さと表面のダメージを改善するようにする。
次に、工程（ｇ）の熱処理のみではＳＯＩ表面のダメージが除去しきれない場合が多いので、工程（ｈ）の熱酸化工程により、ＳＯＩ表面のダメージを酸化膜に取り込むと同時に、得られるＳＯＩ層の厚さが所望の厚さになるように形成する熱酸化膜の厚さを調整する。このようにＳＯＩ層の減厚を熱酸化で行なえば、膜厚均一性をほとんど悪化させることなく薄膜化が可能である。
そして、工程（ｉ）において、例えばＨＦを含有する水溶液を用いて熱酸化膜の除去を行えば、所望の膜厚のＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハが形成される。
こうして、膜厚均一性を維持しつつ、確実に表面粗さおよび表面のダメージを除去した所望厚さのＳＯＩ層を有するＳＯＩウエーハを得ることができる。
なお、工程（ｇ）の熱処理後、熱酸化工程（ｈ）の前に、必要に応じて、取りしろ７０ｎｍ以下、特には５０ｎｍ以下の研磨工程を付加することもできる（図１のｇ’参照）。この研磨工程を加えることにより、工程（ｇ）の熱処理で除去しきれなかった表面粗さの長周期成分を確実に除去することができる。また、研磨しろを７０ｎｍ以下、特には５０ｎｍ以下に限定しているため、従来の研磨しろ（１００ｎｍ程度、あるいはそれ以上）に比べれば少なく、例えば半分以下とすることもでき、ＳＯＩ層の膜厚均一性の低下を格段に抑制することができる。
以下、本発明の実施例および比較例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１〜４および比較例１〜３）
チョクラルスキー法により作製された結晶方位〈１００〉で、導電型がｐ型で、抵抗率が２０Ω・ｃｍのシリコン単結晶インゴットをスライスして、これを加工することによって直径２００ｍｍのシリコン鏡面ウエーハを作製した。これらをボンドウエーハとベースウエーハに分け、図１（ａ）〜（ｉ）に示す工程に従った本発明のイオン注入剥離法によりＳＯＩウエーハを製造することにした。
まず、図１の（ａ）〜（ｅ）にしたがい、ボンドウエーハ２を剥離して、ＳＯＩウエーハ６を得た。この時、埋め込み酸化膜３の厚さは４００ｎｍとし、その他イオンの注入等の主な条件は次の通りとした。
１）イオン注入条件：Ｈ＋イオン、注入エネルギー ９０ｋｅＶ、
注入線量 ６．５×１０１６／ｃｍ２
２）剥離熱処理条件：Ｎ２ガス雰囲気下、５００℃、３０分
こうして厚さ４３７ｎｍのＳＯＩ層７を有するＳＯＩウエーハ６を得ることができたが、図１（ｅ）の剥離したままのＳＯＩウエーハ６の表面（剥離面）の表面粗さを、原子間力顕微鏡法により１μｍ角で測定したところ、ＲＭＳ値（二乗平均平方根粗さ）で平均６．７ｎｍであった。この値は、通常の鏡面研磨されたシリコン単結晶ウエーハの表面粗さの１０倍以上の値で、剥離したままのＳＯＩ層の表面は局部的な面粗れ（短周期成分）が大きいことがわかる。また、長周期成分の目安となる１０μｍ角のＲＭＳ値も平均５．５ｎｍと大きかった。
これらの剥離工程（ｅ）直後のＳＯＩウェーハを用いて、その後の工程を表１および表２に示したそれぞれの処理フローでＳＯＩウェーハを加工した。こうして得られたそれぞれの貼り合わせウエーハのＳＯＩ層の表面粗さ（ＲＭＳ）、膜厚均一性（平均値ｔ、標準偏差σ）、欠陥密度を測定した。各処理条件および測定条件は表３に示した。
本発明のような薄膜ＳＯＩの場合、通常のシリコンウエーハの選択エッチングに用いられるセコエッチング液（重クロム酸とフッ酸と水の混合液）ではエッチングレートが速すぎ、短時間でＳＯＩ層がエッチング除去されてしまうため、欠陥の評価に適さない。
そこで、セコエッチング液を純水で希釈してエッチングレートを低下させた希釈セコエッチングを用いてＳＯＩ層が所定の厚さになるまでエッチングを行なう。これにより、ＳＯＩ層中の欠陥部分はＳＯＩ層を貫通する微小ピットとなる。この微小ピットのままでは観察が困難であるので、フッ酸に浸漬することにより微小ピットを通じて埋め込み酸化膜をエッチングして欠陥部分を顕在化させれば、薄膜ＳＯＩ層の表面から光学顕微鏡により容易に観察することができる。
本実施例および比較例においては、市販されている通常のセコエッチング液を２倍に希釈して用い、ＳＯＩ層の残し厚が約３０ｎｍになった所で希釈セコエッチングを終了させた。その後、２５重量％のフッ酸に９０秒間浸漬させ、埋め込み酸化膜に形成されたピットを倍率１００倍の光学顕微鏡により観察することにより、欠陥密度を測定した。
測定結果を表４、表５に記載した。
一方、比較例１のように、Ａｒアニールのみでは欠陥密度が著しく高く、表面のダメージが完全には除去できていないことがわかる。また、比較例２のように、Ａｒアニール前に犠牲酸化を行なうことによって欠陥の低減効果は得られているが、酸化工程でのＯＳＦの発生により、実施例１〜４に比べれば欠陥密度が高いことがわかる。また、比較例３のように、研磨のみでは欠陥密度が著しく高い上に、１００ｎｍも研磨していることから膜厚均一性が悪い。
したがって、本発明によれば、例えば、ＳＯＩ層表面を１μｍ角および１０μｍ角で測定した表面粗さ（ＲＭＳ）がいずれも０．１５ｎｍ以下であり、ＳＯＩ層の膜厚のσが１．５ｎｍ以下であり、しかも欠陥密度が１０３個／ｃｍ２未満である貼り合わせＳＯＩウエーハを作製できることがわかる。
さらに、上記実施例では表面粗さを改善する熱処理の雰囲気としてＡｒ１００％雰囲気を用いているが、これに代えて水素ガス３％を含むアルゴン雰囲気で実施したところ、上記とほぼ同様の結果が得られた。そして、上記実施例１〜４におけるＡｒ１００％雰囲気、およびこれに代えた水素ガス３％を含むアルゴン雰囲気での熱処理では、水素１００％雰囲気の熱処理のように水素を多量に含有する雰囲気を用いた熱処理で見られるような貼り合わせ界面の侵食は観察されなかった。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば、上記では２枚のシリコンウエーハを貼り合わせてＳＯＩウエーハを製造する場合を中心に説明したが、本発明は、この場合に限定されるものではなく、シリコンウエーハにイオン注入後に絶縁性ウエーハと結合し、シリコンウエーハを剥離してＳＯＩウエーハを製造する場合や、イオン注入するウエーハとしてＧａＡｓ等の化合物半導体ウエーハを用いる場合にも当然に適用可能である。
また、本発明の貼り合わせウエーハの製造工程も、図１に示したものに限定されるものではなく、この工程には、洗浄、熱処理等の他の工程が付加されることもあるし、あるいは一部工程順の入れ替え、省略等を目的に応じて適宜行うことができるものである。
【図面の簡単な説明】
図１（ａ）〜（ｉ）は、本発明のイオン注入剥離法によるＳＯＩウエーハの製造工程の一例を示すフロー図である。
Claims (6)
- 少なくとも、ガスイオンの注入により形成された微小気泡層を有するボンドウエーハと支持基板となるベースウエーハとを接合する工程と、前記微小気泡層を境界としてボンドウエーハを剥離してベースウエーハ上に薄膜を形成する工程とを有するイオン注入剥離法によって貼り合わせウエーハを製造する方法において、前記ボンドウエーハを剥離した後の貼り合わせウエーハに、不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下で熱処理を施し、その後、該貼り合わせウエーハに熱酸化を行って前記薄膜の表面に熱酸化膜を形成し、該熱酸化膜を除去することにより前記薄膜の厚さを減ずることを特徴とする貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での熱処理の後、前記薄膜の表面を７０ｎｍ以下の取りしろで研磨し、その後前記熱酸化を行なうことを特徴とする請求項１に記載した貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記不活性ガス、水素ガス、あるいはこれらの混合ガス雰囲気下での熱処理を、アルゴン１００％雰囲気または爆発限界以下の水素を含むアルゴン雰囲気で行なうことを特徴とする請求項１または請求項２に記載した貼り合わせウエーハの製造方法。
- 前記ボンドウエーハとして、シリコン単結晶ウエーハを用いることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載した貼り合わせウエーハの製造方法。
- 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載した方法により製造された貼り合わせウエーハ。
- ２枚のシリコンウエーハを酸化膜を介して貼り合わせて製造されたＳＯＩウエーハであって、ＳＯＩ層表面を１μｍ角および１０μｍ角で測定した表面粗さ（ＲＭＳ）がいずれも０．１５ｎｍ以下であり、ＳＯＩ層の膜厚のσが１．５ｎｍ以下であることを特徴とする貼り合わせＳＯＩウエーハ。
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